INDIKATOR BAHAN BAKAR MINYAK DIGITAL PADA SEPEDA MOTOR MENGGUNAKAN SENSOR TEKANAN FLUIDA BERBASIS MIKROKONTROLER PUBLIKASI JURNAL SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik Disusun oleh: ERWAN RIZAL KURNIANTO NIM.105060301111030-63 KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK MALANG 2014
INDIKATOR BAHAN BAKAR MINYAK DIGITAL PADA SEPEDA MOTOR MENGGUNAKAN SENSOR TEKANAN FLUIDA BERBASIS MIKROKONTROLER Abstrak - Harga bahan bakar minyak (BBM) semakin mahal memicu munculnya kecurangan pengisian BBM yang dilakukan oleh pihak pedagang eceran maupun pihak SPBU. Umum (SPBU). Kecurangan ini dilakukan untuk mendapatkan keuntungan pribadi. Terdapat beberapa jenis kecurangan yang sering dilakukan petugas SPBU, yang pertama dengan Erwan Rizal Kurnianto. 1, Retnowati, Ir., MT. 2, Akhmad Zainuri, ST., MT. 2 1 Mahasiswa Teknik Elektro Univ. Brawijaya, 2 Dosen Teknik Elektro Univ. Brawijaya Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Jalan MT. Haryono 252, Malang 65145, Indonesia E-mail: erwanrizal19@gmail.com Kecurangan yang sering terjadi adalah volume BBM yang diisikan kurang dari seharusnya. Berdasarkan hal tersebut dibutuhkan suatu teknologi untuk indikator bahan bakar pada kendaraan bermotor yang dapat mengatasi masalah kecurangan pengisian BBM yang dirasakan oleh konsumen kendaraan bermotor. Penelitian ini menghasilkan inovasi teknologi yang mampu mendeteksi kecurangan pengisian bahan bakar minyak dengan menggunakan sensor tekanan fluida berbasis mikrokontroler dan sistem digital. Sistem tersebut bekerja dengan mengkonversi tekanan yang dideteksi oleh sensor menjadi volume. Hasil konversi ditunjukkan secara digital berupa angka dalam satuan liter pada LCD yang mewakili volume bahan bakar yang ada dalam tangki. Indikator bahan bakar digital ini dapat menunjukkan volume bahan bakar yang ada dalam tangki dengan ketelitian 100ml dan error 1.11%. Kata Kunci Indikator, BBM, sensor tekanan fluida, mikrokontroler. I. PENDAHULUAN Jumlah kendaraan di Indonesia terus meningkat dari tahun ke tahun. Data dari Gabungan Industri Kendaraan Bermotor Indonesia (Gaikindo) dan Asosiasi Industri Sepeda Motor Indonesia (AISI) menunjukkan jumlah populasi kendaraan bermotor di Indonesia hingga 2010 lalu mencapai 50.824.128 unit. 60 65 persennya adalah sepeda motor. Artinya jumlah populasi kendaraan bermotor paling banyak di Indonesia adalah sepeda motor. (Arianto, Arif. 2011). Banyaknya populasi sepeda motor di Indonesia menimbulkan sejumlah masalah terutama yang berkaitan dengan pengisian bahan bakar minyak (BBM). Ditengah pembatasan penggunaan bahan bakar minyak oleh pemerintah dan harga bahan bakar minyak yang semakin mahal, memicu munculnya praktek-praktek kecurangan pengisian BBM yang dilakukan oleh pihak Stasiun Pengisisan Bahan Bakar memberi tombol di belakang mesin penakar bahan bakar tanpa sepengetahuan konsumen. Tombol tersebut bertujuan untuk menahan laju bahan bakar yang keluar dari mesin penakar. Penekanan tombol tersebut menyebabkan laju bahan bakar tertahan namun hitungan pada mesin penakar tetap berjalan. Bentuk kecurangan lain adalah mesin tuas yang dibuka tutup secara berulang-ulang oleh petugas sehingga menyebabkan volume bahan bakar minyak yang diisikan kurang dari seharusnya. Praktek kecurangan ini sukses dilakukan berulang kali selain karena kelalaian konsumen juga karena belum adanya indikator bahan bakar pada sepeda motor yang dapat menunjukkan volume bahan bakar dalam tangki secara akurat. Undang-Undang Nomor 8 Tahun 1999 tentang Perlindungan Konsumen menyebutkan bahwa, konsumen berhak mendapat ganti rugi apabila barang yang diterima tidak sebagaimana mestinya. Jika konsumen tidak menyadari bahwa telah terjadi kecurangan saat mengisi BBM, hal tersebut tidak dapat dituntut. Sehingga, dibutuhkan suatu teknologi yang dapat mengatasi masalah kecurangan pengisian BBM yang dirasakan oleh konsumen, ditinjau dari volume BBM yang diisi pada tangki sepeda motor. Seiring berkembangnya teknologi, terdapat banyak metode yang dapat dilakukan untuk membuat indikator bahan bakar digital pada sepeda motor. Salah satunya dengan memanfaatkan sensor tekanan fluida MPX5050 yang dilakukan oleh penulis melalui penelitian ini. Sensor MPX5050 memiliki keunggulan nilai sensitivitas yang tinggi sehingga lebih tahan terhadap noise. Pada penelitian sebelumnya (Maulidi,dkk 2010) sensor tekanan fluida MPX5050 digunakan pada gluterma meter digital untuk mengukur tekanan darah manusia. Penelitian ini bertujuan untuk membuat suatu perangkat yang dapat mengatasi masalah kecurangan pengisian BBM dengan cara meunjukkan volume bahan bakar yang ada dalam tangki sepeda dengan ketelitian 100 mililiter. II. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 1
A. Penentuan Spesifikasi Alat Spesifikasi alat secara global ditetapkan terlebih dahulu sebagai acuan dalam perancangan ini. Spesiikasi sistem yang direncanakan sebagai berikut: 1. Sensor tekanan fluida yang digunakan adalah MPX5050 dengan rentang tekanan 0 50 kpa. 2. Pemrosesan data menggunakan Mikrokontroler ATMega 16. 3. Tingkat ketelitian 100 ml. 4. Alat ini hanya berfungsi dengan baik saat sepeda motor pada kondisi datar (tidak miring). B. Diagram Blok Sistem Diagram blok perancangan sistem secara keseluruhan ditunjukkan dalam Gambar 1. C. Perancangan Mekanik Gambar 1.Diagram Blok Sistem Perancangan mekanik dilakukan dengan mengatur tata letak tangki dan sensor MPX5050 agar mendapat metode pengukuran terbaik. Ujung tangki sepeda motor diberi 2 lubang. Lubang pertama untuk mengalirkan bahan bakar ke karburator. Lubang kedua dihubungkan ke sensor MPX5050. Sensor akan mendeteksi tekanan fluida dari lubang tangki ke sensor. Tekanan yang dideteksi sensor akan berubah seiring perubahan volume bahan bakar dalam tangki. Tekanan akan semakin besar jika volume bertambah banyak dan tekanan semakin kecil jika volume bahan bakar berkurang. Gambar 2 menunjukkan perancangan mekanik sistem. Gambar 2 Perancangan Sistem Mekanik. D. Perancangan Catu Daya Sumber catu daya yang digunakan adalah dari PLN (AC 220 V / 50 Hz.) Sumber dihubungkan ke trafo step down untuk diturunkan tegangannya. Keluaran trafo dihubungkan ke rectifier DC simetris (menghasilkan tegangan DC positif dan negatif). Tegangan positif dan negatif dibutuhkan untuk IC AD620 yang membutuhkan catu tegangan positif dan negatif. Gambar 3 menunjukkan skematik rangkaian catu daya simetri. Gambar 3. Skematik Rangkaian Catu Daya Simetri E. Perancangan Rangkaian Sensor Sensor MPX5050 merupakan piezoresistive yang artinya sensor tersebut mengubah tekanan yang dideteksi menjadi perubaan reistansi. Catu tegangan +5 volt yang diubungkan pada pin3, ground pada pin2, dan output sensor pada pin1. Perubahan resistansi menyebabkan perubahan tegangan keluaran pada pin1. Gambar 4 menunjukkan skematik rangkaian sensor MPX5050GP. Gambar.4 Skematik Rangkaian Sensor MPX5050GP. F. Perancangan Rangkaian Pengkondisi Sinyal Jenis rangkaian pengkondisi sinyal yang digunakan pada penelitian ini adalah rangkaian penguat instrumentasi. Komponen yang digunakan adalah IC AD620. AD620 merupakan sebuah IC yang berisi rangkaian penguat instrumentasi untuk mengkondisikan tegangan keluaran sensor sebelum masuk ke ADC pada mikrokontroler. Pin1dan pin8 dihubungkan dengan R G untuk mengatur besarnya penguatan tegangan. Pin2 dihubungkan dengan tegangan refrensi, pin3 dihubungkan dengan keluaran sensor MPX5050, dan pin5 dihubungkan ke ground. AD620 membutuhkan catu tegangan positif pada pin7 dan catu tegangan negatif pada pin4. Pin6 merupakan keluaran dari rangkaian pengkondisi sinyal. Ilustrasi rangkaian pengkondisi sinyal ditunjukkan dalam Gambar 5. Gambar 5. Ilustrasi Perhitungan Rangkaian Pengondisi Sinyal Saat tangki kosong (volume = 0 ml), tegangan keluaran sensor = 0,367 V, tegangan keluaran RPS = 0 V, dan ketika tangki penuh (Voulme = 3200 ml), V sh tegangan keluaran sensor = 0,423 tegangan keluaran 2
RPS = 5 V. Perhitungan untuk mendapatkan nilai penguatan (m) sebagai berikut: 0 = m (0,367) + Vo 5 = m (0,423) + Vo Jika kedua persamaan ini diselesaikan secara serentak, maka akan diperoleh m = 89,13 dan Vo = -32,7 V, sehingga diperoleh persamaan fungsi alihnya Vout = 89,13 Vin 32,7 = 89,13 (Vin 0,367). Tegangan refrensi pada pin 2 sebesar 0,367 V. Nilai R G didapatkan dari persamaan berikut: m= 1+ 2 R x 49400 1 2 1 RG R G 89,13 = 98800 R G = 1120,82. Gambar 6 menunjukkan skematik rangkaian pengkondisi sinyal menggunakan AD620. R G Gambar 7.Skematik Sistem Minimum ATMega 16 H. Perancangan Rangkaian Keseluruhan Perancangan ini dilakukan dengan menggabungkan setiap subsistem rangkaian menjadi rangkaian keseluruhan. Skematik rangkaian keseluruhan ditunjukkan dalam Gambar 8. Gambar 6.SkematikRangkaian Pengkondisi Sinyal Menggunakan AD620 G. Perancangan Rangkaian ADC Mikrokontroler ATMega 16 Mikrokontroler ATMega 16 memiliki ADC internal dengan resolusi 8 hingga 10 bit, yang terhubung pada port A0-A7. Resolusi yang digunakan adalah 10 bit, sehingga akan menghasilkan keluaran ADC 0 sampai 1023. Hasil konversi tegangan input maksimum ADC dengan menggunakan resolusi 8 bit dapat dihitung sebagai berikut: Untuk penentuan resolusi ADC dapat dilihat pada perhitungan sebagai berikut:. Gambar 7 menunjukkan skematik rangkaian sistem minimum beserta port yang digunakan di mikrokontroler ATMega16 Gambar 8. Skematik Rangkaian Keseluruhan I. Perancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak dilakukan dengan membuat diagram alir program terlebih dahulu sebelum kemudian menuliskan dengan menggunakan bahasa C dalam program kompiler. Algoritma Program Utama Tujuan dari program utama adalah mengatur urutan kerja sistem sehingga sistem mampu menjalankan fungsinya dengan baik. Secara umum tugas yang harus dikerjakan oleh program utama meliputi sistem pembacaan sensor kemudian menampilkan data ke LCD. Diagram alir program utama ditunjukkan dalam Gambar 9. 3
A. Pengujian Rangkaian Sensor MPX5050 Pengujian bertujuan untuk mengetahui kemampuan pembacaan sensor MPX5050 terhadap perubahan tekanan yang diberikan dengan penambahan volume bahan bakar dalam tangki tiap 100ml dan melihat perubahan tegangan keluaran sensor. Tabel 1 menunjukan grafik hasil keluaran sensor MPX5050 teradap volume. Tabel 1. Data Hasil Pengujian Sensor MPX5050 Gambar 9.Diagram Alir Program Utama Algoritma Akses Sensor MPX5050 Sensor tekanan harus melalui pin ADC terlebih dahulu sebelum dapat diakses oleh mikrokontroler ATMega16. Sensor mengukur tekanan sampai kondisi yang diinginkan, mikrokontroler menerima data pembacaan. Diagram alir akses sensor MPX5050 ditunjukkan dalam Gambar 10. B. Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal Pada rangkaian pengkondisi sinyal ini direncanakan berpenguatan sebesar 89,13 kali dengan hasil pengujian seperti ditunjukkan dalam Tabel 2. Gambar 10.Diagram Alir Program Konversi Tekanan Menjadi Volume Proses konversi diawali dengan mengubah nilai ADC menjadi nilai tegangan. Saat nilai tegangan <= 2,94 V digunakan persamaan polynomial. Saat nilai tegangan > 2,94 V persamaan konversi yang digunakan adalah, dengan Y adalah nilai tegangan dan X adalah volume hasil konversi. III. Pengujian dan Analisis Pengujian dan analisis dilakukan untuk mengetahui apakah sistem dapat bekerja sesuai perancangan. 4
Tabel 2. Data Pengujian Rangkaian Pengkondisi sinyal Gambar 11. Pengujian Rangkaian Keseluruhan Tabel 3. Data Hasil Pengujian Sistem Keseluruhan. Terjadi error sebesar 0.66% pada nilai RPS secara perhitungan dan nilai RPS secara pegukuran. Hal tersebut disebabkan kurangnya ketepatan dalam mengatur nilai RG dan nilai tegangan refrensi pada AD620. Tiap perubahan volume sebesar 100ml menyebabkan perubahan tegangan keluaran sensor rata-rata sebesar 1,7 mv dari tegangan sebelumnya. C. Pengujian Rangkaian Keseluruhan Pengujian rangkaian secara keseluruhan bertujuan untuk mengetahui kinerja sistem alat setelah setiap bagian- bagian penyusun sistem dihubungkan menjadi suatu kesatuan yang utuh. Tahap pengujian yang terlebih dahulu dilakukan memastikan semua rangkain terhubung dengan benar kemudian menghidupkan catu daya. Selanjutnya memasukan bahan bakar premium ke dalam tangki serbesar 100 ml/step sampai volume bahan bakar dalam tangki 3200 ml. Tahap berikutnya mengamati data yang ditampilkan di LCD. Gambar pengujian keseluruhan ditunjukkan dalam Gambar 11. Tabel 3 menunjukkan data hasil pengujian sistem keseluruhan. Terjadi rata-rata error sebesar 1.1% antara nilai volume yang terukur dengan nilai volume yang terbaca pada LCD. Hal ini disebabkan kurangnya konsistensi sensor dalam mempertahankan nilai tegangan dari tekanan yang dideteksi saat penambahan atau pengurangan volume bahan bakar dalam tangki. 5
IV. Kesimpulan dan Saran A. Kesimpulan Tahapan perancangan untuk membuat indikator bahan bakar minyak digital menggunakan tekanan luida berbasis mkrokontroler ini adalah perancangan mekanik, perancangan rangkaian sensor, perancangan rangkaian pengkondisi sinyal, perancangan sistem minimum mikrokontroler ATmega 16 dan perancangan perangkat lunak. Perubahan volume bahan bakar dalam tangki menyebabkan perubahan tekanan yang dideteksi sensor sehingga tegangan keluaran sensor berubah. Tiap perubahan volume sebesar 100 ml menyebabkan perubahan tegangan keluaran sensor rata-rata sebesar 1.7 mv. Tegangan keluaran sensor ini dikuatkan melalui rangkaian pengkondisi sinyal dan di proses oleh mikrokontroler untuk menampilkan data hasil pengukuran pada LCD. Data yang ditampilkan LCD ini mewakili volume bahan bakar dalam tangki. Dari hasil perancangan dan pengujian yang telah dilakukan, error yang dihasilkan adalah 1.1%.. B. Saran Beberapa saran yang diberikan untuk perbaikan skripsi ini antara lain: Kestabilan sensor MPX5050 juga perlu diperhatikan agar data yang didapatkan bisa lebih akurat. antara lain: A. Sistem dapat di kembangkan untuk kendaraan pada posisi yang tidak datar. B. Sistem dapat dikembangkan dengan mode kalibrasi untuk tekanan yang berubah-ubah. DAFTAR PUSTAKA [1] Andrianto, Heri. 2008. Pemograman Mikrokontroller AVR ATMEGA 16 Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR).Bandung : Informatika Bandung. [2] Arianto, Arif. 2011. Kendaraan Bermotor di Indonesia Terbanyak di ASEAN. http://www.tempo.co/read/news/2011/08/19/1243 52572/. Tanggal 21 Oktober 2013. [3] Cooper, William David. 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, Penerbit Erlangga. Jakarta [4] Coughlin, Robert F. 1982. Penguat Operasional dan Rangkaian Terpadu Linear, Jakarta: Erlangga. [5] Maulidi,dkk. 2010. Gluterma Meter Digital untuk Mengukur Tekanan Darah Manusia Berbasis Mikrokontroler ATMega8535. Universitas Negeri Semarang [6] Otosia. 2013. Kecurangan SPBU. (Online, http://www.otosia.com/berita/spbu -curang-ada-lagi-beli-rp-100000-hanya-dapat-rp-8 0000.html.Diakses tanggal 14 Oktober 2013). 6